雙端面干氣密封在丙烯腈裝置硫銨泵上的應(yīng)用

魏軍禮　郭延雄

摘 要：本文主要分析了丙烯腈裝置結(jié)晶器循環(huán)泵軸封故障原因，介紹丙烯腈裝置結(jié)晶器循環(huán)泵干氣密封的改造過程和應(yīng)用情況，并說明干氣密封使用過程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：離心泵;軸端密封;干氣密封;設(shè)計(jì)改造

1丙烯腈結(jié)晶器循環(huán)泵P-902的現(xiàn)狀

1.1泵型介紹

丙烯腈裝置lll結(jié)晶器循環(huán)泵P-902泵是臥式離心泵，型號(hào)為3175 14x14-22H，該泵是硫銨裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它的停機(jī)將使整個(gè)裝置無法正常運(yùn)行，其主要操作條件如下：①工藝介質(zhì)：濃度30%-40%的硫銨液;②介質(zhì)溫度：78 0C;③流量：800_1200m3/h;④揚(yáng)程：16m;⑤轉(zhuǎn)速：590r/min。密封改造前該泵的軸封為四川日機(jī)生產(chǎn)的大彈簧單端面機(jī)械密封，機(jī)封型號(hào)：CM4-115-E109。

1.2泵密封失效原因分析

P-902泵是硫胺裝置的關(guān)鍵泵，將結(jié)晶器內(nèi)的濃度在30%-40%左右，溫度為780C的稀硫胺液送人結(jié)晶加熱器。據(jù)統(tǒng)計(jì)僅2017年下半年至2018年初，該泵因密封失效檢修高達(dá)6次，幾乎每次停車都會(huì)發(fā)生泄漏，影響正常生產(chǎn)的同時(shí)消耗大量備件。主要原因是介質(zhì)中含有結(jié)晶顆粒，極易對(duì)密封端面造成磨損;其次由于結(jié)晶物堵塞自沖洗管線，導(dǎo)致密封端面在運(yùn)行過程中聚集大量的熱無法帶走，液膜汽化，致使密封摩擦副干摩擦，動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生熱裂;還有開停泵時(shí)泵腔溫度波動(dòng)過大，結(jié)晶物加快吸出，堵塞補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，使機(jī)封無法軸向浮動(dòng)。

2泵軸封改造目的

①提高P902泵機(jī)械密封的使用壽命，能連續(xù)使用兩年以上;②能減少檢維修次數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度;③能降低檢維修成本，提高設(shè)備良好運(yùn)行。

3干氣密封設(shè)計(jì)

3.1干氣密封原理

泵用于氣密封在結(jié)構(gòu)上與普通機(jī)械密封顯著不同的是動(dòng)環(huán)和靜環(huán)密封端面較寬，一般在動(dòng)環(huán)密封端面上加工出特殊形狀的流體動(dòng)壓槽，在槽之間的平臺(tái)稱為密封堰，它阻止了氣體圓周方向的流動(dòng)，可加大升壓作用。在槽的內(nèi)徑和動(dòng)環(huán)內(nèi)徑之間的平臺(tái)稱為密封壩，它能保證螺旋槽產(chǎn)生足夠的壓力，還能保證密封在靜壓時(shí)不發(fā)生泄漏。當(dāng)動(dòng)環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)上的螺旋槽將外徑處的高壓氣體向下泵入密封端面間，氣體由外徑向中心流動(dòng)，而密封壩節(jié)制氣體流向中心，于是氣體被壓縮引起壓力升高在槽根處形成高壓區(qū)，使得兩個(gè)密封端面之間形成端面氣膜，從而實(shí)現(xiàn)非接觸密封。

3.2設(shè)計(jì)

3.2.1干氣密封方式

密封結(jié)構(gòu)采用雙端面于氣密封，南旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈以及彈簧座和軸套組成。兩套干氣密封順序布置，靠近介質(zhì)側(cè)的密封，由于其受介質(zhì)內(nèi)壓的作用，與復(fù)雜工況直接接觸，因此將流體動(dòng)壓槽刻在密封環(huán)內(nèi)徑處，依靠“氣體阻塞”作用和離心力作用，能有效防止液體介質(zhì)中的固體顆粒進(jìn)人密封面。內(nèi)側(cè)密封會(huì)有微量介質(zhì)泄露進(jìn)入外側(cè)密封腔內(nèi)，外側(cè)密封的流體動(dòng)壓槽刻在密封面的外徑處，可有效防止固體小顆粒竄人密封面間隙。在兩組密封之間通人氮?dú)庾髅芊鈿怏w而成為一個(gè)性能可靠的密封系統(tǒng)，控制氮?dú)獾膲毫κ蛊涫冀K維持在比輸送介質(zhì)壓力高0.2 - 0.3MPa的范圍，使密封氣泄漏的方向總是朝著輸送介質(zhì)和大氣，從而阻止了介質(zhì)的泄漏。這樣泵的雙端面于氣密封動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體在兩個(gè)密封端面間形成氣膜。正常條件下，作用在密封面上的閉合力等于開啟力，密封工作在設(shè)計(jì)狀態(tài)。當(dāng)受到外部干擾，氣膜厚度減小，則氣膜反力增加，開啟力大于閉合力，迫使密封工作間隙增大，恢復(fù)至正常值。相反，密封氣膜厚度增大，則氣膜反力減小，閉合力大于開啟力，密封面合攏恢復(fù)到正常值。

3.2.2材質(zhì)選擇

硫胺泵雙端面干氣密封雖然在工作時(shí)端面非接觸，但在開車時(shí)仍會(huì)有短暫的接觸，這就要求配對(duì)材料的耐磨性好通過各類硬質(zhì)材料物性的對(duì)比，綜合考慮成本因素，本次改造選擇SiC作為動(dòng)環(huán)材料;靜環(huán)采用耐磨石墨EK3205，考慮到泵輸送介質(zhì)含有丙烯腈、乙腈、氫氰酸、硫銨等腐蝕性介質(zhì)，彈簧及其它輔助零件材質(zhì)選用316L。

4改造后使用效果

此次干氣密封改造于2018年6月在丙烯腈裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝使用，到現(xiàn)在為止已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月，經(jīng)歷了裝置的多次開、停工及因晃電造成的突然停機(jī)等多種工況的考驗(yàn)，密封的各類運(yùn)行參數(shù)都在設(shè)計(jì)指標(biāo)內(nèi)，并且密封性能穩(wěn)定、可靠。通過（表1）雙端面干氣密封與雙端面機(jī)械密封對(duì)比表可以看出干氣密封具有很大的優(yōu)勢(shì)。機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)，表明干氣密封的改造是完全成功的。

5不足和需要改進(jìn)的地方

在干氣密封的使用過程中，建議建立和干氣密封匹配的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，使得操作人員可以監(jiān)測(cè)干氣密封系統(tǒng)運(yùn)行在最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)。當(dāng)密封失效時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，有利于維修人員能以最快的速度到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理故障。